聚丙烯塑料膨胀型阻燃改性研究进展

摘 要：文章介绍了近年来聚丙烯塑料膨胀型阻燃剂改性研究进展，重点介绍了混合膨胀型阻燃剂、单组份膨胀型阻燃剂和改性膨胀型阻燃剂的研究现状，并展望了膨胀型阻燃改性技术的发展趋势。

关键词：聚丙烯；膨胀型阻燃剂；改性

引言

聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，是五大通用的塑料之一，具有良好的综合性能，耐热性好，耐腐蚀，电器性能优异而被广泛应用于汽车产业、电子产品、家用电器、工业建设等领域，发展速度居通用塑料之首[1]。然而聚丙烯的极限氧指数（LOI）只有17.5左右，属于易燃物质，而且燃烧过程中伴随着熔融、滴落等现象，导致大量烟雾的产生，火焰传播速度快，聚丙烯易燃的缺点极大地限制了其应用[2]。因此，能够赋予聚丙烯塑料阻燃性能对于聚丙烯塑料的应用具有重要的意义。

膨胀型阻燃剂（IFR）是一种绿色环保的阻燃剂，不含卤素，不采用氧化锑为协同剂，体系具有自身协同作用，含膨胀型阻燃剂的塑料在燃烧时表面会生成炭质泡沫层，具有隔热、隔氧、抑烟、防滴的作用，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合保护生态环境的要求，已经成为国内外最为活跃的阻燃剂研究领域。

1 膨胀阻燃剂（IFR）的阻燃机理

膨胀阻燃剂有三个基本元素，即气源、炭源和酸源，酸源也称为脱水剂或碳化促进剂，酸源须能够使含碳多元醇脱水，酸源释放酸须在较低温度进行，炭源是形成泡沫炭化层的基础，炭源的有效性与碳含量及活性羟基的数量有关，气源是发泡源，发泡剂必须在适当的温度分解，并释放出大量的气体。膨胀型阻燃剂受热时，炭化剂在酸源的催化作用下脱水成炭，碳化物在气源膨胀剂分解的气体的作用下，形成膨松有闭孔结构的炭层。这种炭层，本身不燃烧，同时还能够削弱聚合物与热源之间的热传递，还能够阻燃气体扩散，一旦燃烧得不到足够的氧气或者燃料，燃烧的聚合物就会熄灭。

2 膨胀阻燃剂的类型的概述

2.1 混合膨胀型阻燃剂

混合膨胀型阻燃剂中常用的酸源为多聚磷酸铵、磷酸二氢铵等，气源为三聚氰铵、尿素等，炭源为季戊四醇及衍生物、淀粉酚醛树脂等，其中混合膨胀型阻燃剂的研究主要集中在三聚氰胺/季戊四醇/多聚磷酸铵阻燃体系，但是由于多聚磷酸铵和季戊四醇的热稳定性不足，季戊四醇的水溶性强，多聚磷酸铵吸湿性较强，制备的阻燃聚丙烯塑料防潮性能差，直接将三聚氰胺、多聚磷酸铵和季戊四醇混合制备混合膨胀型阻燃体系，不能满足聚丙烯塑料的加工性能、化学稳定性或者使用性能的要求。因此，研究者对混合氮-磷类膨胀型阻燃聚丙烯复合材料进行了较多的改性研究。

为了改进聚丙烯膨胀阻燃复合材料的防潮性能，芦[3]等研究了（乙烯/乙酸乙烯酯）共聚物（E/VAC）对膨胀型阻燃剂进行包覆微胶囊化，即提高了IFR阻燃聚丙烯的防潮性，又改善了IFR与聚丙烯的相容性。Wu等[4]的方法制备了以淀粉三聚氰胺甲醛树脂为壳，以多聚磷酸铵为核的核/壳结构的膨胀阻燃剂，提高了聚丙烯塑料的阻燃性能和防潮性能。

2.2 单组分膨胀型阻燃剂

巫榉峙蛘托妥枞技潦遣捎梅肿由杓频脑理，含有膨胀阻燃剂三个基本元素的小分子通过分子设计合成含有三种组分的大分子，这种阻燃剂集气源、碳源和酸源于同一分子内，能够显著提高塑料的阻燃效果，改善了膨胀型阻燃剂与聚丙烯的相容性问题。

周箭等[5]合成了一种单组份的IFR阻燃剂b-MAP，b-MAP为2，4，8，10-四氧-3，9-二磷螺环[5，5]十一烷-3，9-二氧-3，9-二三聚氰胺盐，该阻燃剂与聚丙烯的相容性良好，b-MAP的添加量为25%时可以使聚丙烯的氧指数为29.0%，UV94阻燃等级达到V-0级。Song Ping等[6]合成了一种新型的低聚磷氮型膨胀型阻燃剂PDBPP，PDBPP为聚（4，4-二氨基-二苯甲烷-O-双环季戊四醇磷酸酯-磷酸酯，研究结果表明，30%PDBPP/聚丙烯体系的氧指素微28%，PHRR（峰值热释放速率）比纯聚丙烯减少60%，大大提高到了聚丙烯塑料的阻燃性能。

2.3 其他膨胀型阻燃剂

李莹等[7]制备了一种膨胀型阻燃剂/有机蒙脱土（OMMT）/聚丙烯阻燃复合材料，采用熔融插层法制备，研究了有机蒙脱土对聚丙烯膨胀阻燃体系的影响，结果表明有机蒙脱土与膨胀阻燃体系具有明显的协同阻燃效果，当OMMT添加量为2份时，复合材料的氧指数达到31%，当加入3份OMMT，膨胀阻燃剂为22份时，复合材料弯曲强度，拉伸强度以及冲击强度均达到了最大值。

应宗荣等[8]以LTEG（低温可膨胀石墨）作为膨胀型阻燃剂制备了PP基阻燃复合材料，研究结果表明，普通可膨胀石墨（EG）对聚丙烯阻燃效果一般，而低温可膨胀石墨对聚丙烯的阻燃效果非常有益，用量为15%时，复合材料的氧指数达到27%，具有很好的阻燃能力，而且膨胀温度低、膨胀速度快。研究者还先后尝试了可膨胀石墨与季戊四醇、氢氧化镁、微胶囊化红磷并用时，阻燃效果可大大提高。

3 结束语

目前膨胀型阻燃改性PP还存在添加量大、相容性、吸湿、稳定性不足的技术问题，聚丙烯膨胀阻燃改性未来可通过表明活性剂或偶联剂对IFR进行处理或者将IFR与聚丙烯单体接枝共聚，提高与PP的相容性；继续深入研究微胶囊包覆技术解决IFR吸湿的问题；研究设计新型的单组份膨胀型阻燃剂，提高阻燃产品的综合性能，探索阻燃剂之间的协同效应。在环保要求越来越高的今天，膨胀型阻燃剂优良的阻燃性能和绿色环保的特性为其提供广阔的应用前景。

参考文献

[1]于宝刚，卢林刚，王大为.合成树脂及塑料[J].2008，25（3）：27.

[2]Liang J Z，Zhang Y J，Jiang X H. Polymer Bulletin[J]，2011，66（2）：289-299.

[3]芦笑梅，王万力.E/VAC包覆膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯微观结构研究[J].工程塑料应用，2004，32（11）：17-20.

[4]Wu K ，et al. Preparation and Characterization of Core/Shell-like Intumesscent Flame Retardant and its Application in Polypropylene.Journal or Macromolecular Science Part a-Pure and Applied Chemistry.2009，46（8）：837-846.

[5]周箭，杨辉，陈日新，等.膨胀型阻燃剂b-MAP对聚丙烯阻燃性能得显微学研究[J].塑料工业，2005，33（S1）：161-163.

[6]Song P，et al.Synthesis of a Novel Oligomeric Intumescent Flame Retardant and its application in Polypropylene[J].Polymer Engineering and Science，2009，49（7）：1326-1331.

[7]李莹，王向东.中国塑料[J].2010，24（7）：87-92.

[8]应宗荣，杨坤，李静，等.聚丙烯低温可膨胀石墨阻燃复合材料的性能研究[J].塑料工业，2006，34（12）：43-45.